Два горнорудных региона – Урал и Алтай – боролись за уникального специалиста
Ровно 300 лет назад, в тот год, когда на Алтае было положено начало горному производству, на Урале в семье мастерового родился человек, которому предстояло вписать в историю горнорудного дела одни из самых ярких страниц. Козьма Дмитриевич Фролов, одарённый от природы уникальными способностями и обладавший удивительной трудоспособностью, своими техническими изобретениями смог как увеличить производительность производства меди и серебра, так и облегчить нечеловечески тяжёлый труд горнозаводских рабочих. Он был новатором-гидротехником и толковым руководителем производства. Славу ему принёс построенный им на Алтае «могучий по размаху завод-автомат» – «несравненный образец инженерной мысли человека», как называли его потомки и современники К. Д. Фролова. Историк техники Виктор Данилевский подчёркивает, что в мире «первыми предприятиями, в которых действовала система машин» были именно фроловские.
Имя Козьмы Фролова уже не раз упоминалось в очерках «Хронографа», в частности, итоговый выпуск прошлого года был посвящён 250-летию его сына – Петра Козьмича Фролова, начальника Колывано-Воскресенских заводов, продолжившего дело отца. Однако перечень добродетелей Фролова-старшего настолько велик, что, пожалуй, и сегодняшний очерк не сможет их раскрыть в полной мере. И всё же попытаемся чуть поближе узнать этого незаурядного человека.
Из уральских мастеровых
Козьма Дмитриевич Фролов родился 29 июня (10 июля по новому стилю) 1726 года на Урале, в Полевском заводе, в семье мастерового. Ещё в самом начале XVIII века в окрестностях его родного города местные крестьяне обнаружили медную руду. Необходимость собственного завода в Полевском возникла сама собой. Как отмечают уральские историки, «развернулось масштабное строительство: завод с кричным горном, плавильными печами и печами для обжига руд, рудные амбары, вододействующие механизмы и гидроустановки» (Сайт «Ратник»). Фролов рос буквально в нескольких десятках метров от заводской плотины и с интересом наблюдал, как действуют механизмы. Колесо, которое помогало использовать воду для промывки руды на заводе, казалось маленькому мальчику огромным. И чем больше Козьма наблюдал за тем, с какой лёгкостью вода вращает лопасти, тем глубже укоренялся его интерес к этой невиданной силе и возможностям её применения. Получается, что сама судьба определила жизненный путь К. Д. Фролова, с малолетства оказавшегося в эпицентре гидротехнического прогресса. Развитию вододействующих механизмов и гидросиловых установок он посвятит впоследствии всю свою жизнь.
Окончив местную арифметическую, а затем Татищевскую горнозаводскую школу в городе Екатеринбурге, восемнадцатилетний Козьма в звании «горного ученика», а попросту говоря – подмастерьем, был отправлен на Берёзовские золотые промыслы. «В первые годы своей трудовой деятельности Козьма Дмитриевич работал на сплаве, горняком на Гумешевском руднике, занимался разведкой железных и свинцовых руд по рекам Чусовая, Урал и Белая, сначала в качестве простого рабочего, затем в качестве руководителя рудоискательной экспедиции, строил конные водоподъёмники на шахте», – пишет алтайский историк Ю. А. Абрамова.
На Берёзовских золотых промыслах Козьма Дмитриевич проработал 13 лет. Он многое успел сделать. А его идеи опережали время. Здесь он разработал новую технологию переработки золотосодержащих руд, составил проекты сооружения огромных водоотливных штолен, которые дали бы возможность открыть новые, богатые золотом жилы, осушить рудники от обильных грунтовых вод и пополнить пруд водой. Проекты Фролова были одобрены, но осуществить их ему, кроме вассерштольни Цветной, не удалось. Развивать свои идеи автору предстояло в других местах.
Начинающий горный ученик путём самообразования постоянно пополняющий свои знания, полученные в школе, проявлял незаурядные способности и использовался на многих работах. В 1753 году его переводят в берггауеры – горные рабочие, и на него возлагают самостоятельные работы по разведке различных рудных и нерудных ископаемых. Горный специалист Берёзовских золотых промыслов Д. Келлер, под началом которого трудился Козьма Дмитриевич, разглядел в юном работнике задатки будущего мастера. Он характеризовал Фролова как наиболее понятливого из всех штейгеров. «Противо других повнимательнее и паче всегда находится при действии машин и через сие знание держит машины в исправности». Отмечая способности Фролова по конструированию машин, Д. Келлер часто величал его кунстштейгером и хлопотал о прибавке ему жалования до 60 рублей в год (до 1757 года он получал 24 рубля).
В 1751 году двадцатипятилетнему К. Д. Фролову было присвоено звание бергауэра (низший горный чин), спустя ещё шесть лет он стал унтер-штейгером, то есть младшим горным техником. А буквально через год был уже штейгером – горным мастером, ведавшим подземными работами в руднике. Судя по всему, репутация у него была завидная – с мнением его считалось не только уральское начальство. А потому для решения возникших проблем с уменьшением добычи золота в Карелии императорское горное руководство выбрало именно Фролова. За четыре месяца работы на Воицком руднике (виданное ли дело?!) Козьма Дмитриевич сумел построить золотопромывальную машину, которая эффективно проработала до 1820-х годов.
Командировка в Карелию не только подняла авторитет Фролова как мастера золотодобычи, но и обогатила его новыми планами и идеями, которые, кстати, уже вскоре смогли претвориться в жизнь.
Вернувшись на Урал и получив назначение руководителем работ по добыче золота на Берёзовском руднике, Фролов, как сказали бы сегодня, занялся техническим перевооружением производства. В 1760 году Козьма Дмитриевич построил «по собственному изобретению промывальную машину, на которой вымывка золота производилась гораздо успешнее с уменьшением противу прежнего более двух третей рабочих и сбережением расходов до 3400 рублей» (из рапорта Д. Келлера). Слава кунстштейгера разнеслась далеко за пределами Берёзовских золотых промыслов. В 1762 году Фролов назначается бергмейстером по всем Екатеринбургским золотым промыслам.
Козьма Дмитриевич был отнюдь не кабинетным начальником, он находился в постоянном движении и поиске – предлагал новые методы горнозаводских работ, вводил новые технологии, открывал новые месторождения… Везде успевал.
И там, и здесь нужен!
О талантах молодого уральского гидротехника узнал и по достоинству их оценил А. И. Порошин, который был первым русским начальником Колывано-Воскресенских заводов – до него во главе алтайской горнорудной промышленности стояли только иностранные специалисты. Андрей Иванович обладал стратегическим мышлением и умением подбирать кадры для воплощения в жизнь своих технических планов. («Хронограф» рассказывал о деятельности А. И. Порошина в одном из номеров в 2023 году). Андрей Иванович должен был выполнить задачу по увеличению выплавки алтайского серебра, которое очень ценилось. Чтобы снизить неизбежно увеличивающиеся транспортные издержки и одновременно увеличить производство металла, нужно было обеспечить обогащение руды на самом Змеиногорском руднике, который к началу 1760-х годов был почти не механизирован и держался в основном на малопроизводительном ручном труде. Использовался лишь один конный рудоподъёмник, а большинство старых подверхов пришли в негодность.
Для технического переоснащения Порошину позарез был нужен обер-штейгер Фролов! Начальник Алтайских гор добился назначения Козьмы Дмитриевича в Змеиногорск. Однако уральцы не хотели отпускать столь ценного специалиста и затребовали его возвращения. Каждая из сторон доказывала Берг-коллегии, что без Фролова обойтись не может. По словам алтайского писателя Александра Родионова, Порошин, негодуя на проволочки екатеринбургской горной канцелярии, в письме к сенату «обрушивал на весы справедливости увесистую гирьку»: уральские заводы добывают в год какой-то пуд золота, а Колывано-Воскресенские – двадцать пудов. Да прибавьте сюда четыре сотни пудов серебра… Где нужнее Фролов?
«Из-за К. Д. Фролова между двумя горными ведомствами – Екатеринбургской канцелярией и Канцелярией Колывано-Воскресенских заводов, – отмечает Ю. А. Абрамова, — разгорелась настоящая борьба. В течение двух лет они спорили о месте работы изобретателя, пока Екатерина II не определила его на Алтай, «ибо польза интересная тех заводов несравненная с Екатеринбургскими».
Проекты новатора
Наконец 3 февраля 1763 года Фролов прибыл в Барнаул. Здесь познакомился с работой Барнаульского сереброплавильного завода. Стоя на берегу и любуясь красотой могучей сибирской реки Оби, он в очередной раз утверждался в мысли, что великая сила воды способна помочь людям в больших делах, если её правильно использовать.
Вскоре Козьма Дмитриевич отправился на Змеиногорский рудник, который стал основным местом его деятельности. Как отмечал А. М. Родионов, не просто складывались отношения Фролова с местным начальством, в частности, с управляющим рудником И. Леубе. Пастор-саксонец, возможно, считал, что в своём отечестве не бывает пророков. Как бы там ни было, Фролов, уверенный в природной силе воды, сразу стал искать пути технического оснащения производственного процесса. Практически сразу, в марте 1763 года, ему был пожалован чин шихтмейстера. Всего два месяца – до наступления весны – было у Козьмы Дмитриевича на знакомство с рудником и обдумывание своего проекта. Это короткое время он использовал сполна, дотошно изучая окрестности, рельеф местности, возможности водного потенциала. Приступив к строительству рудо-обогатительной фабрики на реке Корбалиха, Фролов использовал и усовершенствовал опыт строительства механиком И. И. Ползуновым деривационных сооружений на реке Змеёвка.
Модель рудообогатительной фабрики К. Д. Фролова
Используя крутое падение реки Корбалиха, К. Д. Фролов построил в 1763–1770 годах на одном деривационном (водоотводном) канале, без строительства большой плотины, четыре последовательно расположенных похверка – предприятия для измельчения и промывки серебро- и золотосодержащих руд. Одним потоком воды приводились в движение водяные колёса на каждом из предприятий. Обслужившая все заведения одно за другим вода отводилась обратно в реку. Процесс был организован так, что вместе с промывкой проводилась и сортировка руды.
В Змеиногорске К. Д. Фролов развернул свой потенциал новатора во всей полноте. Это коснулось многих областей горной техники, но наивысшие успехи связаны именно с созданными им гидросиловыми установками. «Развивая идею деривации, впервые применённую в России И. И. Ползуновым в 1754 году при постройке пильной мельницы в Змеиногорске, Козьма Фролов соорудил деривационный канал. Взамен обычной тяжёлой и дорогой водоудержательной плотины К. Д. Фролов ввёл лёгкую, дешёвую водоподъёмную плотину», – отмечается на официальном сайте Алтайского края.
Построив ещё ряд похверков на Семёновском и Змеиногорском рудниках, искусный гидромеханик создал целый подземный каскад. На каждом из похверков он соорудил слаженную систему механизмов, выполнявших технологические операции, необходимые для обработки перерабатываемых материалов. Чуть позже он изобрёл и сортировочные верстаки, на которых можно было вести разбор руд по сортам без использования воды. Словом, уже в первом своём крупном проекте на Алтае Козьма Дмитриевич проявил свой выдающийся дар изобретателя-гидротехника. Однако сам он понимал, что сделано далеко не всё необходимое и возможное, оставались ещё несовершенные ручные ворота и насосы, грунтовые воды заливали нижние горизонты рудника… В голове механика-гидротехника рождались новые проекты.
«Кузьма Фролов на строительстве плотины». Художник Иван Харин, музей истории раз-вития горного производства имени А. Демидова в Змеиногорске
Впервые в мире
А между тем ситуация на Змеиногорском руднике обострялась, поскольку добыча сырья здесь «носила нерациональный, даже хищнический характер, когда вынимались богатейшие руды, а рудами среднего содержания, не говоря уже про убогие, закладывались ходы, преграждая путь к начатым работам…» и тому подобное. Вода поднималась всё сильнее и сильнее, затапливая шахты. «Управляющий Змеиногорским рудником И. Леубе утверждал, что рудник исчерпан полностью, а начальник заводов А. Ирман предлагал сократить общее количество плавильных печей с 66 до 51, что привело бы к постепенной ликвидации горно-металлургической промышленности Алтая». (Ю. А. Абрамова).
Козьма Фролов понимал, как нормализовать ситуацию. В 1772 году он подал хорошо выверенный проект механизации работ на Змеиногорском руднике. Но… О, сила бюрократической проволочки! Лишь в декабре 1780 года на заседании Горного совета было решено начать на Вознесенской шахте Змеиногорского рудника строительство водовыливательной машины по проекту К. Д. Фролова.
Чертёж строений Змеиногорского рудникас показанием расположения водопрово-дных штолен, каналов и водоотливныхмеханизмов. Б/г. ЦХАФ АК. Ф. 50. Оп. 18.Д. 1738
И вот 1 мая 1783 года случилось событие, вошедшее в историю гидротехники. В торжественной обстановке Вознесенская водоотливная машина — первая в мире подземная деривационная установка с водоналивным колесом — была приведена в действие. «Из пруда нижнего похверка на реке Змеевке вода подавалась на водяное колесо в Луговой штольне и сбрасывалась обратно в речку Змеевку Крестительской штольней, – описывает процесс Ю. А. Абрамова. – Почти на всём своём протяжении деривационный канал был подземным, для чего использовались старые выработки. Деревянное водоналивное колесо диаметром 18 метров стало самым большим из всех действовавших водяных колёс России в то время. Вознесенская машина поднимала воду с глубины 63 метра и заменила ранее построенные К. Д. Фроловым конные водоподъёмники и десятки горных служителей, занятых водоотливом. Вдоль стен Вознесенской шахты ступенями были расположены водоподъёмные насосы, поршни которых двигались от штанг и рычагов, сочленённых с кривошипом вала водяного колеса».
Однако у самого гидротехника торжество был неполным – его проект 1772 года был намного более грандиозный, чем одна Вознесенская машина. В 1783 году Фролов подаёт новый проект механизации Змеиногорского рудника, но его реализация вновь была отложена.
Модель каскада гидротехнических соору-жений, построенных по проекту Фролова
Лишь два года спустя прибывший по указу императрицы на Алтай член императорского Кабинета П. А. Соймонов с вновь назначенным начальником Колывано-Воскресенcких заводов Г. С. Качкой проект оценили и утвердили. И началось строительство, руководил которым сам Козьма Дмитриевич. Через год была запущена первая часть подземного каскада Змеиногорского рудника. В 1786 году вместе с Вознесенским вступили в строй ещё три водоналивных колеса: Преображенское и два Екатерининских. Созданный К. Д. Фроловым каскад гидротехнических сооружений на Змеиногорском руднике является одним из величайших достижений техники того времени. Резко возросли производительность и качество производства. Там, где раньше было задействовано до 80 рабочих, теперь справлялся один механик. Фролов после механизации подземных работ на Змеиногорском руднике продолжил заниматься механизацией наземных сооружений. В целом каскад гидротехнических сооружений, построенный на Змеиногорском руднике К. Д. Фроловым в 1783–1793 годах, представлял комплекс наземных и подземных устройств, действовавших от приводимых в движение одним потоком воды восьми водоналивных колёс. По масштабу, по типу сооружения, отмечают историки, установка К. Д. Фролова была в XVIII–XIX веках единственной в мире. Изобретения Фролова помогли рудничному хозяйству Алтая повысить ежегодную добычу серебра до 670 с лишним пудов, а золота – до 21 пуда.
В 70е годы XVIII века Козьма Фролов разработал и внедрил огромную гидросиловую систему откачки вод и выдачи пород. Это была новая и на тот момент совершенная инженерная идея. Сотни чертежей, текстов и рисунков предваряли этот колоссальный проект, выверенный до мельчайших деталей. За огромные заслуги в деле механизации Змеиногорского рудника Козьма Дмитриевич Фролов в 1786 году был награждён орденом, произведён в обербергмейстеры и получил дворянский титул.
В сущности, Фроловым был организован под ключ самодостаточный завод-автомат. Ничего подобного в мировой практике ещё не было. Будущий академик А. П. Карпинский выразил своё восхищение увиденным в Змеиногорске такими словами: «Кто посещал Змеиногорский рудник, тот, конечно, с удовольствием осматривал производимые на оном работы, превышающие, кажется, силы человеческие, и механические устройства, облегчающие труды рудокопателей при извлечении сокровищ из недр земных. Удивлённый путешественник спросит невольно: кем устроены в глубоких храминах земли сии огромные колёса, каких не существует ни в одном из российских рудников; приводимые в движение водою, протекающей через длинные каналы, высеченные в камне? Изобретатель сего механизма есть берг-гауптман шестого класса Козьма Дмитриевич Фролов».
В 1790 году, несмотря на уже преклонный возраст и прошения дать отставку ввиду слабого здоровья, Фролов был назначен руководителем работ на всех рудниках Алтая. Лишь через восемь лет Кабинет удовлетворил просьбу Козьмы Дмитриевича об отставке. Весной 1800 года, приехав в Барнаул на очередное заседание Горного совета, активным членом которого он оставался, К. Д. Фролов умер. Его похоронили на Нагорном кладбище, на памятнике, установленном его сыном П. К. Фроловым, были начертаны слова: «Не вечно всё! Прохожий сам тому свидетель. Нетленны лишь одне заслуги, добродетель».
Своё дело К. Д. Фролов передал в надёжные руки – у него всегда было множество учеников и соратников, подготовке которых он уделял очень большое внимание. Сам Козьма Дмитриевич систематически изучал важнейшую современную ему литературу по вопросам механики, математики, горного дела, металлургии, экономике. Он имел собственную библиотеку и неустанно заботился о пополнении казённой Барнаульской библиотеки. Среди учеников К. Д. Фролова были и его собственные сыновья Павел, Пётр и Гавриил. Особенно крупным специалистом в области горного дела является средний сын Пётр Козьмич – горный инженер и изобретатель. А праправнучка (правнучка Гавриила Козьмича) Надежда Константиновна Крупская, напомним, прославилась не только тем, что была женой вождя революции, но и много сделала для российской системы образования – в этом она продолжила добродетельные традиции рода Фроловых.
Автор: Надежда Гончарова